(57)【要約】      （修正有）【課題】制御装置の制御パラメータ最適設定には、通常、制御対象の入力信号から其の制御対象の出力信号までの信号伝達特性のＫＬＴ同定値（Ｋはゲイン、Ｌは等価むだ時間、Ｔは等価時定数）を使用する。より確実な最適設定には、より高精度のＫＬＴ同定値の計測が必要となる。高精度のＫＬＴ同定値の計測方法を提供する。【解決手段】本発明のインパルス応答法によるＫＬＴ同定値の計測手法は、入力信号に直角三角形型のインパルス信号を付加することが特徴で、得られる出力信号応答曲線の形は、常に、山状または谷状となり、その尖端点（山頂点または谷底点）は上記変曲点に比し特定し易くなる。その結果高精度のＫＬＴ同定値の計測が可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の入力信号から出力信号までの、信号伝達特性のＫＬＴ同定値（Ｋはゲイン、Ｌは等価むだ時間、Ｔは等価時定数）計測において、入力信号と出力信号とが共にある値で整定している状態で、入力信号に対して適切な時間適切な大きさの正または負のランプ信号を付加した後ステップで上記入力信号整定値に復帰する操作を与え，出力信号に対して山状または谷状の応答曲線を発生せしめる。発生した山状または谷状出力信号応答曲線の山頂点または谷底点発生時刻と上記入力信号ステップ復帰時刻との差で、等価むだ時間Ｌを算出する事を特徴とする制御対象信号伝達特性のＫＬＴ同定値計測手法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は自動制御の分野（特にプロセス計測制御）において、制御装置の制御パラメータ決定に必要な制御対象の信号伝達特性の計測（プロセス同定）に関する。自動制御システム構成に制御対象信号伝達特性の計測手段（プロセス同定手段）が含まれる事は、次の特許文献等に記載されている如く公知の技術である。  ［特許文献１］特開平８−７６８０５              ［要約］図の同定機構および同定信号発生器  ［特許文献２］特開２００１−３５０５０３              ［要約］図のプロセス同定手段本発明は制御対象信号伝達特性計測手段の具体的手法に関する発明である。【０００２】フイードバック制御、フイードフォアード制御、干渉系の非干渉化制御等、単純な制御から複雑なアドバンスド制御にいたるまで、あらゆる制御において広く使用されている制御対象信号伝達特性（プロセスパラメータ）の計測はＫＬＴ同定値の計測である。  ここで、  Ｋはゲイン、            Ｌは等価むだ時間、            Ｔは等価時定数。本発明は制御対象信号伝達特性のＫＬＴ同定値計測手法の一つである。［背景技術］【０００３】現在広く使用されている制御対象信号伝達特性のＫＬＴ同定値計測手法は、次の非特許文献等に記載されているごとく、通常、ステップ応答法と言われているもので、ステップ応答の変曲点（最大傾斜点）接線手法である。  ［非特許文献１］高山静：自動制御のための初歩数学、  Ｐ  ２７２                  日刊工業新聞（１９６４）東京  ［非特許文献２］片山徹：フイードバック制御の基礎、  Ｐ  １５８                  朝倉書店    （１９８７）東京［発明の開示］［発明が解決しようとする課題］【０００４】上記汎用のステップ応答法、いわゆるステップ応答の変曲点接線手法とは、制御対象の入力信号（符号ＭＶ）から其の制御対象の出力信号（符号ＰＶ）までの信号伝達特性のＫＬＴ同定値を計測するために、図１に示すごとく、ＭＶ信号とＰＶ信号とがある値で整定している状態で、ＭＶ信号に対して適切な量の正または負の信号をステップで付加し、次の整定値に達するまでの操作を与える。この操作で得られた時間（単位Ｓｅｃ）に対する，ＭＶ信号とＰＶ信号両者の計測値（単位％）より；（１）ＰＶ初期整定値（符号ＰＶ０）とＰＶ最終整定値（符号ＰＶ１）、および、ＭＶ初期整定値（符号ＭＶ０）とＭＶ最終整定値（符号ＭＶ１）を求め、（ＰＶ１−ＰＶ０）／（ＭＶ１−ＭＶ０）でゲインＫを算出する。（２）ＰＶ信号応答曲線図形の傾斜部位で、変曲点（最大傾斜点、符号ＩＰ）を特定し、さらに其の変曲点を通過する接線を特定する。其の変曲点接線上で値がＰＶ０となる時刻と、ＭＶステップ信号付加時刻との差で等価むだ時間Ｌを算出する。（３）其の変曲点接線上で値がＰＶ１となる時刻と、ＰＶ０となる時刻との差で等価時定数Ｔを算出する。このＫＬＴ同定値計測手法が汎用のステップ応答法であるが、問題はＬおよびＴの算出精度、換言すれば、変曲点ＩＰの特定精度及び変曲点接線の特定精度である。一般に（とくにＰＶ信号が雑音を含む場合）変曲点および接線の特定が困難である。図４の上図がその一例で、どの点を変曲点とするか、変曲点接線をどのように引くか難しい問題で、結果として高精度のＬＴ同定値が得難い。【０００５】ＫＬＴ同��値計測手法には上記ステップ応答法以外にインパルス応答法がある。通常のインパルス応答法は、図３に示すごとく、ＭＶ信号とＰＶ信号とがある値で整定している状態で、ＭＶ信号に対して、適切な量の正または負の信号をステップで付加し、適切な時間経過後元のＭＶ整定値にステップで戻す操作を与える。換言すれば、ＭＶ信号に矩形型の信号を付加する操作である。この操作で得られた時間（単位Ｓｅｃ）に対する、ＭＶ信号とＰＶ信号両者の計測値（単位％）より；（１）ＰＶ信号値からＰＶ整定値（符号ＰＶ０）を引き算した値の時間積分値（符号ＰＶＡ、単位％Ｓｅｃ）と、ＭＶ信号値からＭＶ整定値（符号ＭＶ０）を引き算した値の時間積分値（符号ＭＶＡ、単位％Ｓｅｃ）との比でゲインＫを算出する。（２）ここで問題はＬおよびＴの算出方法であるが、ＰＶ信号応答曲線は、とくにＴが小なるときは、図３に示す様になり、上記変曲点接線手法によってＬとＴを算出することになる。結果としてステップ応答法と同様高精度のＬＴ同定値が得難い。［課題を解決するための手段］【０００６】本発明は通常のインパルス応答法を改良し、変曲点接線手法に依らずにＬおよびＴを算出し、高精度のＫＬＴ同定値の計測を可能にする手法である。本発明のインパルス応答法は、図２に示すごとく、ＭＶ信号とＰＶ信号とが共にある値で整定している状態で、ＭＶ信号に対して適切な時間、適切な傾斜で正または負のランプ信号を付加した後ステップで前記ＭＶ整定値に復帰せしめ、ＰＶ信号が再度整定に達するまでの操作を与える。換言すれば、ＭＶ信号に直角三角形型信号を付加する操作である。それによって、ＰＶ信号に山状または谷状の応答曲線を発生せしめる。この操作で得られた時間（単位Ｓｅｃ）に対する、ＭＶ信号とＰＶ信号の計測値（単位％）より；（１）ＰＶ信号値からＰＶ整定値（ＰＶ０）を引き算した値の時間積分値（符号ＰＶＡ、単位％Ｓｅｃ）とＭＶ信号値からＭＶ整定値（ＭＶ０）を引き算した値の時間積分値（符号ＭＶＡ、単位％Ｓｅｃ）との比でゲインＫを算出する。図２において、ＰＶ信号とＭＶ信号両者図形の斜線部面積（単位％Ｓｅｃ）の比がゲインＫである。このゲインＫの算出手法は、図３に示す通常のインパルス応答法に於けるゲインＫの算出手法と同一で公知の手法である。【０００７】（２）発生するＰＶ信号応答曲線が山状になるか、谷状になるかは次の条件で定まる。  ＊  Ｋ＞０、付加するランプ信号が正―――――――――山状  ＊  Ｋ＜０、付加するランプ信号が負―――――――――山状  ＊  Ｋ＞０、付加するランプ信号が負―――――――――谷状  ＊  Ｋ＜０、付加するランプ信号が正―――――――――谷状発生した山状または谷状のＰＶ信号応答曲線の尖端つまり山頂または谷底を尖端点（符号ＰＰ）と呼ぶことにする。この尖端点ＰＰの発生が本発明の特徴である。尖端点ＰＰまでに発生するＰＶ応答曲線の最大傾斜が大なるほど尖端点ＰＰの特定が容易となる。其の最大傾斜は、ゲインＫと、ＭＶ信号に付加するランプ信号の時間と傾斜とで定まる。  ＊  適切なランプ信号付加時間は等価時定数Ｔである。何となれば、付加時間＝等価時定数Ｔのとき、ＰＶ信号傾斜値は、達し得る最大傾斜値の６３．２％に達しておりほぼ充分と考えられる。  ＊  適切なランプ信号の傾斜は大きい程望ましいが、制御対象操業上の制約と、計測中ＭＶとＰＶ両信号がスケールアウトしない条件とで定まる。本発明のインパルス応答は、図２に示すごとく、入力ＭＶ信号と出力ＰＶ信号両者に尖端点が発生する。ＭＶ信号尖端点発生時刻は其のステップ復帰時刻である。ＭＶ信号尖端点が発生するまではＰＶ信号尖端点ＰＰは発生しない。制御対象の等価むだ時間Ｌが零のときＭＶ，ＰＶ両者の尖端点発生時刻は一致する。ＭＶ信号尖端点発生時刻に対するＰＶ信号尖端点ＰＰ発生時刻のおくれ（図２のＬ）が制御対象の等価むだ時間Ｌと考えられる。【０００８】（３）ＰＶ信号応答曲線の尖端点ＰＰ以降は、制御対象の等価時定数ＴによるＰＶ定常値（ＰＶ０）えの整定状態であると考えられる。ＰＶ信号応答曲線の尖端点ＰＰ以降、整定に達するまでのＰＶ信号値とＰＶ定常値ＰＶ０との差の減衰特性から等価時定数Ｔを算出する。ＰＶ信号応答曲線に雑音が無く、図２に示すごとき単調減衰のときは、時定数定義を応用して６３．２％の水平線を引き、ＰＶ信号応答曲線との交点時刻と、尖端点ＰＰ発生時刻との差を等価時定数Ｔとすることが出来る。通常は電子計算機を用い、尖端点ＰＰ以降のＰＶ信号応答実測値と、推定時定数の場合の応答計算値との、自乗誤差の時間積分値または面積誤差を最小にする推定時定数を、逐次近似法により求め其れを等価時定数Ｔとする。［発明の効果］【０００９】本発明の制御対象ＫＬＴ同定値計測手法は、制御対象の入力信号であるＭＶ信号に直角三角形型のインパルス信号を付加することが特徴で、得られる制御対象出力信号応答曲線は、常に、山状または谷状となり、其の尖端点は従来の変曲点に比し特定し易い。図４が其の一例である。図４は制御対象の入力信号であるＭＶ信号に、ステップ信号を付加した場合（図４の上の図）、と本発明のインパルス信号を付加した場合（図４の下の図）、の出力信号応答曲線である。変曲点および其の接線の特定に比し、尖端点の特定が容易である事が分かる。［産業上の利用可能性］【００１０】自動制御の分野において制御装置の制御パラメータ最適設定には、通常、制御対象の入力信号から出力信号までの信号伝達特性のＫＬＴ同定値を使用する。制御形態が多変数非干渉化を含むフイードバック制御の場合は、制御対象入力信号である複数の操作量から出力信号である複数の制御量までのマトリックス信号伝達特性のＫＬＴ同定値を使用し、制御形態がフイードフォアード制御の場合は更に、入力信号である外乱量から出力信号である制御量までの信号伝達特性のＫＬＴ同定値を使用する。あらゆる制御形態において制御パラメータのより確実な最適設定には、より高精度のＫＬＴ同定値の計測が必要となる。本発明の制御対象信号伝達特性ＫＬＴ同定値計測手法は、より高精度を目的とするもので、自動制御の分野での利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】制御対象信号伝達特性ＫＬＴ同定値計測の汎用手法であるステップ応答の変曲点接線手法を図示したもの。ＩＰは変曲点。
【図２】本発明の直角三角形型インパルス応答による制御対象信号伝達特性ＫＬＴ同定値計測手法を図示したもの。ＰＰは尖端点。
【図３】通常のインパルス応答による制御対象信号伝達特性ＫＬＴ同定値計測手法を図示したもの。ＩＰは変曲点。
【図４】雑音の多い同一制御対象に対する、ステップ応答波形と本発明のインパルス応答波形の例。
【符号の説明】
【００１２】ＭＶ        制御対象の入力信号ＰＶ        制御対象の出力信号ＭＶ０      入力信号の初期整定値ＭＶ１      入力信号の最終整定値ＰＶ０      出力信号の初期整定値ＰＶ１      出力信号の中間または最終整定値％          信号の計測値単位、パーセントＳｅｃ      信号の計測時間単位、秒ＭＶＡ      入力信号付加値の時間積分値、単位％ＳｅｃＰＶＡ      出力信号付加値の時間積分値、単位％ＳｅｃＫ          信号伝達特性のゲイン、      単位なしＬ          信号伝達特性の等価むだ時間  単位ＳｅｃＴ          信号伝達特性の等価時定数    単位ＳｅｃＩＰ        変曲点（最大傾斜の点）ＰＰ        尖端点（山頂または谷底の点）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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